曲线钢桁桥人致振动舒适性评价现场试验研究

大跨曲线钢桁梁人行桥竖向、横向和扭转振型耦合强,人致振动舒适度评价和减振控制难度大。以湖南省长沙市浏阳河一主跨为120 m的曲线双层桥面三跨连续钢桁梁桥—汉桥为工程背景,通过理论分析和人群激励现场动力试验,识别桥梁固有模态参数,评价人致振动舒适性,优化设计调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)并评价TMD的减振效果。研究表明:因桥梁第一阶竖弯模态和第一阶扭转模态的阻尼比仅为0.23%和0.3%,人致振动加速度不满足舒适性要求;采用竖向TMD进行竖弯模态和扭转模态的减振控制,减振后的桥梁满足舒适性要求。

大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系研究

为保证已建桥梁发生涡激振动后桥梁结构的安全以及桥上行车和行人安全,提出综合考虑人员舒适性、结构受力和停车线形三方面的大跨度钢-混结合梁悬索桥涡激振动控制指标体系。该体系包含9项指标,分别为驾乘人员舒适度、驾乘人员晕动症、行人舒适度(狄克曼指标)、加劲梁强度、加劲梁应力、加劲梁挠度、桥面纵坡、竖曲线半径和停车视距。以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景,分别计算了“限速”和“封桥”2个交通管制措施下9项指标对应的涡激振动振幅限值。在此基础上,将9项指标对应的涡激振动振幅限值的最小值作为涡激振动限值建议取值。结果表明:当该桥发生低阶竖弯涡激振动(VS1、VAS1)时,涡激振动的控制因素为加劲梁挠度指标;当大桥发生VAS2模态的竖弯涡激振动时,涡激振动由驾乘人员晕动症指标和行人舒适度指标共同控制;当大桥发生高阶竖弯涡激振动(VAS3、VAS4)时,涡激振动由行人舒适度指标控制。涡激振动控制指标体系及限值标准的计算框架可适用于不同桥型涡激振动限值的计算。

“桥建合一”型高架车站实测分析及结构减振优化

针对“桥建合一”型高架车站振动舒适度问题,以某一典型“桥建合一”型高架车站为研究对象,对列车运行引起的楼板振动进行现场实测分析,并基于车桥耦合分析理论,建立高架车站精细化有限元模型,从振源、传递路径和受振体对高架车站进行结构减振优化分析。研究表明:“桥建合一”型高架车站所受车致振动影响严重,站厅层振动敏感区为跨中楼板中心;通过提升轨道梁弹性模量、适度增加层高、在站厅层区域楼板中心布置次梁以及铺设浮筑楼板的方法均可减小楼板振动响应,但单独采取某一结构减振优化措施效果较差;同时采取以上4种结构减振优化组合措施时减振效果良好,减振后楼板中心的最大Z振级为73.15dB,减振量达13.54dB,满足振动舒适度要求。

人致结构振动舒适度评估标准研究综述

人致结构振动在大跨工程结构设计中日益受到重视,但振动评价标准的相关研究却相对滞后。首先通过文献的知识图谱分析,得到了近期研究关键词的共性分析图、聚类分析图和突现性表。结果表明:振动舒适度限值是振动舒适度领域近期研究的热点。进而从试验研究和标准规范两个维度,对近百年来代表性的振动舒适度限值研究进行了梳理,整理了近40部规范的规定及相互承启关系。结果表明:传统研究方式难以避免人的特殊性和主观感受差异性对试验结果的影响,各规范存在数据基础薄弱、振动指标不统一、影响因素单一、覆盖性和延续性差等问题。最后讨论了未来两个可能的工作方向。

基于气动措施和滑轮式TMD的人行景观桥涡振混合控制研究

为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施和滑轮式TMD对该桥的涡振控制效果。风洞试验结果显示,在最优气动措施下,主梁的涡振振幅减少了一半以上,但仍未达到行人舒适性要求。基于Scanlan线性涡激力模型进行滑轮式TMD的优化设计,在气动措施的基础上进一步辅以滑轮式TMD进行涡振控制。分析结果表明,气动措施结合滑轮式TMD进行涡振控制能够满足行人舒适性要求,并确保滑轮式TMD质量块的工作行程不超过限值。通过同时采用气动措施和滑轮式TMD,可以满足主梁涡振限值、TMD弹簧静伸长量和工作行程等多重要求,从而有效控制主梁的涡振现象。本文提出的混合控制方案为类似工程中的涡振控制提供了有益参考,可为工程实践提供指导。

三维振震双控支座在地铁上盖结构中的减振效果研究

地铁振动带来的舒适度问题已经成为地铁上盖开发的重要制约因素,对地铁上盖结构设计提出了更高的要求。三维振震双控支座可以兼顾对水平向地震和竖向地铁振动响应进行控制,在地铁上盖开发中具有重要的研究和应用价值。提出了一种基于橡胶隔震支座和碟形弹簧的三维振震双控支座,并通过原型支座试验对其竖向刚度和解耦效果进行了验证。在此基础上,以某地铁上盖结构工程项目为背景,采用现场振动测试获得的地铁振动时程作为激励,建立了三维振震双控结构模型并进行了时程分析。计算结果表明,设置三维振震双控支座后,该结构水平向隔震效果显著;竖向Z振级减小,有效提高了地铁上盖结构的舒适度。

人群与交通振源下综合交通枢纽振动规律研究

以武汉站为例,结合现场实测和数值模拟,研究了综合交通枢纽结构在人群荷载与多重交通振源耦合作用下的振动特性,探究了候车层的最不利振源工况和振动敏感区,并进行了振动舒适度评价。结果表明:相比于单一荷载作用,人群荷载与其它交通振源耦合作用下候车层楼板峰值加速度明显增大;随着振源数目增加,候车层楼板的峰值加速度增大,振动加速度频域段拓宽,振动衰减速度放缓,但人群荷载参与耦合会加速振动的衰减;耦合振源的振动加速度主频越接近,峰值加速度放大越明显;候车层振动敏感区为楼板跨中位置,最不利振源工况为人群荷载与高铁、地铁以及路面交通荷载耦合的情况;候车层满足计权加速度下的振动舒适度要求,但其振动超过四次方振动剂量值限值。本研究对交通枢纽结构的运营和振动控制具有重要的工程意义。

W形人行天桥人致振动舒适度与减振研究

为解决W形人行天桥在极端人群荷载作用下的人桥共振问题,以西南地区某实际工程为例,基于数值模拟的方法进行极端人群荷载下的动力舒适度分析,并对其减振方案进行研究。研究结果表明:当人行天桥竖向一阶自振频率为3.04 Hz时,W形人行天桥存在人桥共振隐患;通过计算,0.2、0.5、1.0、1.5、4.6 P/m^(2)五种人群荷载工况下主梁峰值加速度为0.96 m/s^(2),舒适度指标为中等,未达到最优的舒适性等级。在振幅最大位置处设置质量比为1%的调谐质量阻尼器(TMD)后,主梁峰值加速度降为0.10 m/s^(2),减振率为89.6%,人行天桥满足最优的舒适度等级。研究成果可为同类异形人行天桥人致振动舒适度评价与减振设计提供技术参考。

地铁车辆段上盖框架-核心筒结构车致振动试验研究

随着城市土地资源日益紧张,地铁车辆段上盖物业开发受到了许多开发商的青睐。然而,由于地铁上盖建筑的位置特殊,盖下地铁运行产生的振动可能造成上盖建筑的舒适度较差,给居民的生活和工作带来一定影响。因此,有必要对地铁车辆段上盖建筑的地铁致振动进行研究分析。本文选取上海徐泾车辆段上盖框架-核心筒结构办公楼进行振动响应测试,分析了结构内不同楼层的振动加速度变化和频谱规律,并利用Z振级、三分之一倍频程对不同楼层的竖向振动进行了评价。分析表明,随着楼层高度的增加,三向加速度整体呈衰减趋势,4~8 Hz的低频振动分量不断增加。竖向加速度放大较水平向加速度放大更明显,高楼层Z振级也出现放大效应,且多数工况18层Z振级大于1层Z振级。在三分之一倍频程评价中,13层和18层在4 Hz附近超限或接近限值,其他盖上测试楼层未出现超限现象。在设计中应关注盖上结构高楼层的振动情况,提高其舒适度。本研究结果可为地铁车辆段上盖框架-核心筒结构的设计提供数据支撑。

抗风缆布置形式对悬索桥人致振动影响分析

为研究人行悬索桥使用过程中抗风缆拉索不同布置形式对人行悬索桥自振特性及人致振动的影响,以某人行玻璃悬索桥为实例,采用Midas Civil软件建立抗风缆拉索设置形式为平行直拉式、交叉斜拉式、非交叉斜拉式和不设置抗风缆的有限元模型,先单独计算改变抗风缆拉索布置形式悬索桥的自振特性参数,再计算人行简谐波荷载作用下抗风缆拉索布置形式对人行桥主梁竖向及横向加速度的影响,参考德国人行桥设计指南EN03对人行桥舒适度进行评价。结果表明,设置抗风缆能提高结构的自振频率,增加结构的整体刚度;在人行简谐波荷载作用下,相比其他3个模型,增设交叉斜拉式拉索的抗风缆能有效减小主梁竖向及横向最大加速度,对人行悬索桥的人致振动舒适度的改善效果最明显。

大跨径人行玻璃悬索桥人致振动舒适度分析及减振设计

为研究大跨径人行玻璃悬索桥人致振动舒适度及其减振措施,以某跨径180 m的单跨人行玻璃悬索桥为背景,分析该桥的人致振动舒适度,并对其进行减振设计。采用MIDAS Civil软件建立有限元模型进行模态分析,得到结构人致荷载敏感模态,计算人致荷载作用下结构各敏感模态动力响应,并参考德国人行桥设计指南EN03舒适度指标进行舒适度评估;采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统对该人行桥进行减振设计。结果表明:人行桥共17阶模态在人致振动敏感频率范围内,结构横向振动和竖向振动的敏感频率范围分别为0.5~1.2 Hz和1.25~2.30 Hz;人致荷载作用下结构第13、39、52阶模态超出CL4级舒适度标准,第5、24阶模态超出CL3级舒适度标准;安装MTMD后人行桥各阶敏感模态人致振动均满足CL2级舒适性标准。

人行桥人致横向振动及横向锁定分析

为了研究人群荷载下人行桥的人致振动特性,采用Duhamel积分求解了行人上下桥过程中简支梁桥的人致横向振动理论解,分析了横向锁定条件和临界人数。结果表明:与原地踏步相比,行人上下桥过程中,桥梁横向振动响应增大;频率比为1.0时,跨中横向加速度最大,产生横向锁定的同步临界人数最少;随着桥上总人数增加,跨中横向加速度最大值线性增加,但超过临界人数后由于同步概率的增加使增长幅度提高;在临界人数附近桥梁发生横向锁定,行人舒适性接近“较差”等级下限值。

大跨连廊结构的人致振动效应及TMD减振控制

针对某大跨度连廊结构的楼盖舒适度问题,建立了连廊的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行了模态分析,研究了大跨度连廊结构的振动特性并进行减振设计。根据不同的人群密度和行走频率,研究了四种人群荷载激励下楼盖的竖向振动情况,对比设置调频质量阻尼器(TMD)前后连廊结构的竖向加速度。结果表明,连廊的自振频率接近于人行频率,在人行荷载的激励下,连廊发生共振现象,形成较大振动,造成人体不适,故需控制振动;在连廊的合理位置设置TMD后,整体减振率达67.4%,楼盖振动满足人体舒适度要求,说明TMD起到了良好的减振作用。

单索面曲线人行桥人致振动及减振控制

单索面曲线人行桥自振频率若处在行人步频范围,则人与桥梁容易发生共振。依据德国人行桥设计指南EN03规范,考虑人群驻足效应,对某人行桥进行人致振动及舒适度分析。研究结果表明:人群驻足效应会使桥梁结构的自振频率减小,该桥模态5与模态6的竖向频率为1.25~2.30 Hz,需进行竖向人致振动加速度响应分析;考虑人群驻足效应前,模态5与模态6对应的行人舒适度级别分别为CL4和CL3,需进行减振控制;在设置TMD装置后,模态5与模态6在各工况下的行人舒适度均满足能达到德国人行桥设计指南EN03规范舒适度CL1等级要求。

钢箱梁曲线多跨人行桥的振动舒适度分析

曲线连续梁人行桥与单跨式人行桥相比,具有更复杂的几何特征及结构动力特性,易引发舒适度问题。目前国内外规范少有针对曲梁人行桥的振动响应计算方法,借鉴国内外典型的人行桥舒适度设计规范旨在讨论现有计算方法对于该曲线多跨桥舒适度验算的适用性。以一座钢箱梁曲线人行桥为例,基于实测结果校对了有限元模型,并按照规范对该人行桥舒适度评价结果进行了比较,同时使用简化的单自由度方法对有限元计算结果进行验证。结果表明:低于TC5的交通等级限制下,该人行桥可以基本满足舒适度要求;由于多跨曲线人行桥的高阶自振频率分布密集,舒适度设计时宜考虑步行荷载二阶分量引起的结构高频共振产生的影响;德国EN03规范方法对该人行桥振动舒适度设计更有优势。

基于优化烦恼率模型的木楼盖振动舒适度研究

木材因特性优良而广泛应用于房屋结构、轻质人行桥等领域。相比于其他建筑材料楼盖,木楼盖更易受人行荷载影响而产生过度振动和舒适度问题。为更好评价木楼盖的人致振动舒适度,本文提出一种基于烦恼率优化模型的木楼盖振动舒适度定量评价方法。首先构建一维卷积神经网络对木楼盖的峰值加速度进行精准预测。然后在此基础上,利用幂级数多项式改进隶属度函数,构建烦恼率优化模型并用于舒适度定量评价,可弥补传统木结构舒适度评价方法的不足。

大跨铝合金天桥人致振动舒适度评价及TMD减振控制

为了减轻大跨铝合金天桥在人群荷载作用下的振动舒适度问题,针对大跨铝合金天桥安装调谐质量阻尼器(TMD)前后的振动特性进行研究。根据某两跨连续铝合金天桥进行有限元建模,分析结构自振特性,选择德国EN03人行桥设计指南,基于该规范下的人群荷载模式,选取5种交通级别,对比不同交通级别下天桥振动峰值加速度,获得天桥人致振动舒适度结果。并在天桥第一跨跨中和第二跨跨中分别安装一个TMD进行减振控制,对比设置TMD减振器前后天桥人致振动模型峰值加速度结果差异。结果表明:TMD可有效降低天桥结构竖向振动响应,根据选取的天桥振动位移加速度观察点结果可知,竖向减振率达到89.3%,对于不满足舒适度要求的大跨铝合金天桥,可布置适当数量的TMD阻尼器,且分布于合理位置有利于减轻天桥的振动,进而提高人行天桥的舒适性。

双层斜腿刚构连续梁桥人致振动分析及减振设计

文章以安吉曙光桥为例,研究了这座双层桥面斜腿刚构连续梁桥的人致振动及减振设计。计算了桥梁的行人荷载及动力特性,分析了该桥的人致振动响应并进行舒适度评价。针对桥梁双层布置的特点,提出了应用连杆提高刚度、应用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)增强阻尼的减振设计思路,比较分析了3种不同的减振设计:单独设置TMD、单独设置连杆、联合设置连杆-TMD。研究结果表明:安吉曙光桥振动频率低、人致振动响应较大,需对其进行减振控制;单独布置TMD,可有效控制桥梁的振动响应;单独设置2组连杆,可显著提高桥梁的自振频率;同时设置连杆和TMD,可采用较小的TMD实现减振目标。3种减振设计均能满足舒适度要求,工程中应根据实际情况选用。

基于大涡模拟的高层建筑风振舒适度评估

针对某风敏感高层建筑开展了风振舒适度评估研究.利用大涡模拟(LES)技术估计作用于该高层建筑的脉动风荷载,采用窄带合成随机流生成(NSRFG)算法生成LES的入口湍流.选用层剪切模型开展该高层建筑的风效应分析,选择顶层加速度响应极值作为该高层建筑的风振舒适度评价指标,并将分析结果与SAP2000计算结果进行对比分析.结果表明,该高层建筑的风载因子随高度的增加而逐渐增大,采用LES技术可以捕捉建筑绕流场细节.基于LES技术计算所得的建筑顶层风振加速度响应极值小于SAP2000计算结果,说明采用现有设计软件开展高层建筑风振舒适度分析是偏保守的.

竖弯涡振作用下桥上列车行车安全舒适性研究

为研究高速铁路桥梁竖弯涡振对桥上列车行车安全舒适性的影响,以某大跨公铁两用斜拉桥和CRH2型动车组为背景,进行风-车-轨-桥耦合系统振动分析。基于ANSYS与SIMPACK联合仿真平台,引入桥梁涡激力数值模型,建立风-车-轨-桥耦合系统振动模型,对比10 m/s平均风速下主梁发生与未发生竖弯涡振时桥梁和列车的动力响应,并分析不同列车速度的影响。结果表明:竖弯涡振会加剧桥梁和列车的竖向响应,而列车的存在会使发生竖弯涡振时的桥梁竖向位移和加速度分别降低31.8%和42.4%,对主梁竖弯涡振具有一定的抑制作用;主梁发生竖弯涡振时列车行车安全性指标峰值和竖向舒适性指标(竖向加速度和竖向Sperling指标)峰值明显大于未发生竖弯涡振时,并均随着车速的增大而增大;当车速超过230 km/h时,列车轮重减载率超过安全限值0.6,当车速超过200 km/h时,桥上列车竖向加速度超过安全限值1.3 m/s^(2)。